误差理论与数据处理研究性教学课程名称：误差理论与数据处理设计题目：超声波声速测量的误差分析院系：机械与电子控制工程学院班级：测控1103班设计者：晏雯秀（11222086）赵璐（11222079）郑海冰（11222081）朱崇巧（11222084）周杏芳（11222083）指导教师：孙艳华超声波声速测量的误差分析摘要 : 针对学生在超声波声速测量实验中存在的测量数据误差的问题 , 分析了实验中各种可能的误差来源 , 同时也指出了减小误差的相应措施 , 使学生对该实验的误差来源更清楚。
关键词 : 超声波 ; 谐振频率 ; 共振干涉频率 ; 误差声波是在弹性媒质中传播的一种机械波。
对声波特性如频率、声速、波长、声压衰减等的测量是声学应用技术中的主要内容之一。
在物理实验中 ,进行声速测量一般采用的是频率大于 20 kHz以上的超声波。
由于其频率高、波长短 , 所以超声波具有定向好、功率大、穿透力强、信息携带量大、能引起空化作用以及引起许多特殊效应 (如凝聚效应和分离效应 ) 的优点。
在工业、农业、国防、生物医学和科学研究等各个领域存着广泛的应用 ,如超声无损检测、超声波测距和定位、测量气体温度瞬间变化、测液体流速、测材料弹性模量等等。
对声速进行测量 , 在声波定位、探伤、测距等应用中具有重要意义。
超声波声速的测量方法一般有共振干涉法和相位比较法两种 , 本文主要对共振干涉法中的实验误差作简要分析。
一、共振干涉法原理超声波声速的测量公式是v = fλ, 其中 , f为超声波频率 , 等于发射换能器的谐振频率 , 可由频率计直接读出; λ 为本实验所要测量的量 , 为超声波波长。
基本原理是利用频率计输入电压的激发 ,通过逆压电效应 , 使压电陶瓷片处在共振状态 , 使陶瓷体产生机械简谐振动 , 从而发射出简谐超声波。
超声波在空气中传播遇到接收换能器反射面发生反射 , 反射波与入射波叠加形成驻波 , 利用接收换能器对超声波进行接收。
声速的测量实验报告【目的】：1. 学习空气中声速测量的原理和方法2. 学习一种非电量的电测量法3. 熟练掌握示波器的使用4. 理解掌握相位法和驻波法，并运用其测量声速【仪器】：声速测量仪：SV-DH-7A 声速测量仪示波器： YB43030D 型信号发生器：综合声速测量仪【实验原理】：１. 相位法在波的传播方向上的任何两点，如果其振动状态相同或者相位差为π2的整数倍，这两点间的距离应等于波长的整数倍，即λn l = （n 为一正整数） （１） ２. 驻波法当接收端面与和发射头间的距离恰好等于半波长的整数倍时，叠加后的波就形成驻波，此时相邻两波节（或波腹）间的距离等于半个波长。
【实验步骤】：１. 驻波法：a. 如图１所示，连接好实验装置，使和保持正确的位置。
b. 将信号发生器的输出频率调至f 附近，当在示波器上看到正弦波首次出现振幅较大处，固定2S ，再仔细微调信号发生器的输出频率，使荧光屏上的图形振幅达到最大，读出共振频率f 。
c. 将游标卡尺的读数置零，继续移动2S ，当荧光屏上再次出现最大振幅时，记下1L ，重复操作，记下读数到2L ，12L 共12个读数。
２. 相位法：a. 如图２,连接好实验装置，并使示波器处于工作状态。
b. 在共振条件下，使2S 靠近1S ，然后慢慢移开2S ，当示波器上图形由椭圆变为斜线时，微调2S ，使图形稳定，将游标卡尺读数置零。
c. 继续缓慢移开2S ，然后依次记下荧光屏出现斜线时游标卡尺的读数'1L ，'2L ，……，'12L 。
共12个读数。
【数据与数据处理】： 表１ 驻波法测声速实验数据 单位：mm f = 35.925 KHz次数１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ 读数2.70 7.60 13.07 18.20 23.68 29.32 34.80 39.96 45.32 50.33 56.00 61.34 将数据分为６组：１－７、２－８、３－９、４－１０、５－１１、６－１２并分别作差，于是，波长λ1-7 = 2( L 7 – L 1)/6 λ2-8 = 2( L 8– L 2)/6λ3-9= 2( L 9 – L 3)/6λ4-10= 2( L 10 – L 4)/6λ5-11= 2( L 11 – L 5)/6λ6-12= 2( L 12 – L 6)/6∴测量结果 表达式为： λ=(λ1-7 +λ2-8 + λ3-9 +λ4-10 +λ5-11 +λ6-12)/6 = 10.730(mm) ∴测量结果表达式为： V = f λ= 385.475(m/s)表２ 相位法测声速实验数据 单位：mm f = 39.003 KHz 次数 １２ ３ ４５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２0.18 9.91 20.50 29.47 39.21 49.11 60.73 69.91 79.79 88.91 97.67 106.89 读数处理方法同上，最终 结果表达式为：λ= 9.883 (mm)∴测量结果表达式为：V = f λ= 355.047(m/s)【分析与讨论】：1.测量波长的时候要记住消除空程差，以减少实验数据的误差。
声速测量实验报告数据处理实验报告：声速测量实验报告数据处理实验目的：1. 通过测量空气中声音在不同温度下的传播速度，了解声速与温度的关系；2. 通过数据处理和分析，掌握实验中常见数据处理方法。
实验原理：声速测量实验采用单向传播法，即利用一定距离内声波的扩散来测定声速。
在实验中，我们利用定长管（示意图见下）在室内测定声速，首先将氧化铜浸润于玻璃管内，紧紧贴在毛细管上，并使毛细管沉入水中，使毛细管口比水面稍低。
用一头固定与玻璃管上方的喇叭发送声波信号，另一头用麦克风接收到达的声波信号，记录喇叭和麦克风之间距离，并通过计算时间差来测定声速。
实验步骤：1. 按如上原理将实验装置搭建好，注意调整喇叭和麦克风之间的距离和位置，使其尽量接近玻璃管中心。
2. 先使用室温下测量声速，记录测量数据。
3. 然后，改变室温，测量不同温度下声速的变化。
分别记录测量数据，并且注意保持实验装置不变。
4. 完成测量后，计算和分析数据，绘制声速随温度变化的曲线。
数据计算和处理：1. 初始化在第一步中，使用测量设备记录了音波的通过时间，并将数据存储在不同的数组中。
对于空气，由于焓是一致的，所以方程式可以这样写：v = 343m/s （室温下的声速）2. 数据的转换对于数据进行简单的转换，注意峰值和峰谷之间的距离。
3. 计算根据测量数据和数据计算公式得到声速随温度变化的曲线。
我们运用了Mat lab来绘制数据图。
实验结果与分析在三种不同温度下，我们记录了空气中声音通过定长管的时间差：$\Delta t_1$ = 1.57ms $\Delta t_2$ = 1.7ms $\Delta t_3$ = 1.8ms根据上表数据可得，声波在低温下传播较快，高温时传播较慢。
此与流体密度和温度相关。
和理论值v=331.4+0.6t(m/s)相对，我们的实验结果的误差很小。
结论：本实验采用定长管单向传播法测定气体中声速的方法，通过测量来得到声速与温度的关系。
实验报告：声速的测量张贺 PB07210001一、 实验题目：声速的测量二、 实验目的：了解超声波的产生、发射和接收方法，用干涉法和相位法测量声速。
三、 实验仪器:低频信号发生器、示波器、超声声速测定仪、频率计等 四、 实验原理：声速是声波在截至中传播的速度，声波在空气中的传播速度MRTv γ=(1)在C ︒0时的声速s m MRT v /45.33100==γ (2)在C t ︒时的声速15.27310tv v t += (3)由波动理论知λf v = (4)1.驻波法测波长由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=λπx ft A y 2cos 1⎪⎭⎫ ⎝⎛+λπx ft Acod 2叠加后合成波为：⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛-=+=λπλπx ft Acod x ft A y y y 22cos 21ft x A πλπ2cos 2cos 2⎪⎭⎫ ⎝⎛= (5)12cos =λπx的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置()K 2,1,02=±=n nx λ；02cos =λπx的各点振幅最小，称为波节，对应的位置()()K 2,1,0412=+±=n n x λ。
因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn 、Xn-1即可得波长n n x x -=+12λ。
2.相位比较法测波长从换能器S 1发出的超声波到达接收器S 2，所以在同一时刻S 1与S 2处的波有一相位差：其中λ是波长，l 为S 1和S 2之间距离。
因为l 改变一个波长时，相位差就改变π2。
利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。
五、 实验内容：1.调整仪器使系统处于最佳工作状态 (1)使1S 与2S 端面平行(2)调整低频信号发生器输出谐振频率 2.驻波法（共振干涉法）测波长和声速测量前移动游标，将2S 从一端缓慢移向另一端，并来回几次，观察示波器上的讯号幅度的变化，了解波的干涉现象。
